{"id":607,"date":"2022-10-03T15:19:39","date_gmt":"2022-10-03T14:19:39","guid":{"rendered":"http:\/\/lig-membres.imag.fr\/denisb\/?p=607"},"modified":"2025-12-03T15:31:36","modified_gmt":"2025-12-03T14:31:36","slug":"circuits-du-transistor-a-lordi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lig-membres.imag.fr\/denisb\/circuits-du-transistor-a-lordi\/","title":{"rendered":"Circuits : du transistor \u00e0 l’ordi !"},"content":{"rendered":"

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apr\u00e8s 33 ans \u00e0 dessiner des circuits \u00e9lectroniques, logiques, combinatoires, s\u00e9quentiels, […] en tant qu’\u00e9tudiant, puis enseignant (sans que cela soit ma sp\u00e9cialit\u00e9) il \u00e9tait temps que je me rende compte, par moi-m\u00eame, si la th\u00e9orie fonctionnait ou pas et dessiner un ordinateur (m\u00eame simple) du d\u00e9but \u00e0 la fin : du transistor \u00e0 l’ordi.<\/span><\/span><\/p>\n

et oui, en sortant de ma formation, j’avais bien vu et dessin\u00e9 un additionneur, de la m\u00e9moire, l’architecture de von Neumann ; en tant qu’enseignant, j’avais approfondis mes connaissances avec les circuits \u00e0 flots de donn\u00e9es, la micro-programmation, la machine de Manchester, etc. Mais, toujours, c’\u00e9taient des \u00e9l\u00e9ments pris un \u00e0 un, ind\u00e9pendamment les uns des autres, sur le papier, ou au tableau, lors d’un TD d’1h30 ; au mieux, simul\u00e9s \u00e0 gros grains, \u00e0 la main ou par un didacticiel. C’\u00e9tait dans un contexte didactique et th\u00e9orique et non pas dans un projet global ou avec une vision concr\u00e8te, compl\u00e8te, pratique.<\/span><\/span><\/p>\n

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et pourtant, depuis longtemps je connais des outils pour dessiner ou d\u00e9crire un ordinateur complet \u00e0 partir de portes logiques et le simuler (i.e. : le langage lustre, le logiciel de dessin Logisim), mais peut-\u00eatre parce que la complexit\u00e9 d’une r\u00e9alisation compl\u00e8te d’un ordinateur \u00e0 partir de rien (ou presque) ou l’existence de logiciels simulant bien une machine compl\u00e8te (i.e. : Procesim) l’emp\u00eachait, je n’avais rien entrepris pour construire ou au moins dessiner, de A \u00e0 Z, un ordi. M\u00eame quand l’utilisation de Procesim devint hasardeuse, une vid\u00e9o suppl\u00e9ait pour montrer le fonctionnement de l’ensemble. Cela suffisait. Et sur le web, on trouvait d’autres projets similaires ; avec Logisim, parfois. Alors pourquoi le faire, moi aussi. Peut-\u00eatre parce que l\u2019organisation que l’on trouve chez les coll\u00e8gues ou le niveau de d\u00e9tail n’est pas celui que je souhaitais et qu’ici ou l\u00e0 l\u2019architecture \u00e9tait plus orient\u00e9e chemin de donn\u00e9es que machine de von Neumann (PC\/PO).<\/span><\/span><\/p>\n

mais progressivement, avec youtube, puis avec caseine (un Moodle sp\u00e9cialis\u00e9 pour les math\u00e9matiques, les math\u00e9matiques appliqu\u00e9es et l\u2019informatique), puis finalement avec la pand\u00e9mie, j\u2019ai de plus en plus utilis\u00e9 Logisim\"\"<\/a> pour faire et simuler des circuits, des circuits de plus en plus gros, des circuits combinatoires, des circuits \u00e0 m\u00e9moire, des automates, des circuits \u00e0 flots de donn\u00e9es. Au d\u00e9part, pour faire des vid\u00e9os, sur les sujets que je ne pouvais aborder en cours, comme compl\u00e9ments, ou pour mettre \u00e0 disposition des corrections d\u2019examen, en fin de semestre. Plus rarement, des vid\u00e9os de parties de cours centrales, mais parfois, cependant, pour diffuser la connaissance, vulgariser les savoirs. Ensuite, \u00e0 marche forc\u00e9e, au moment de la pand\u00e9mie, pour mettre en place des exercices \u00e0 faire \u00e0 distance. Cela aurait pu \u00eatre des exercices classiques avec juste une zone de d\u00e9p\u00f4t sur caseine pour un pdf ou un circuit, quitte \u00e0 en faire ensuite une correction manuelle. Mais l\u2019exp\u00e9rience de caseine dans la mise en place d\u2019exercices auto-\u00e9valu\u00e9s (VPL) et un peu (beaucoup) de travail de mise au point ont permis l\u2019int\u00e9gration de Logisim \u00e0 la plateforme et un d\u00e9but de travail de mise en place d’exercices associ\u00e9s \u00e0 des circuits.<\/span><\/span><\/p>\n

apr\u00e8s 1 an et demi de pand\u00e9mie, \u00e0 la rentr\u00e9e 2022, le cours de circuit sur caseine comportait donc des exercices sur de petits circuits logiques (combinatoires), puis quelques exercices classiques pour passer de ces petits circuits \u00e0 de plus gros circuits (combinatoires) : l\u2019additionneur, l\u2019unit\u00e9 arithm\u00e9tique et logique, les multiplexeurs et enfin deux s\u00e9ries d\u2019exercices de circuits \u00e0 m\u00e9moire, des exercices sur des automates, des exercices sur des circuits \u00e0 flots de donn\u00e9es, avec \u00e9valuation automatique. En comparaison du cours donn\u00e9 par moi en amphi ou pratiqu\u00e9 en TD, il manquait des s\u00e9quences sur la r\u00e9alisation des portes logiques (\u00e0 partir des transistors) et des m\u00e9moires (bascule RS, etc.) et la fin du cours o\u00f9 automates et parties op\u00e9ratives (vue comme circuits \u00e0 flot de donn\u00e9es) sont assembl\u00e9s avec de la m\u00e9moire (RAM) pour faire une architecture de von Neumann avec comme point final la mise en place d\u2019un langage machine \u00e9l\u00e9mentaire interpr\u00e9t\u00e9 par l\u2019automate : la r\u00e9alisation d’un ordinateur.<\/span><\/span><\/p>\n

pour mettre le tout sur caseine\"\"<\/a>, c\u2019\u00e9tait encore pas mal de travail, et je n\u2019\u00e9tais pas s\u00fbr de pouvoir le mener \u00e0 bien ; en fait il fallait que je r\u00e9alise un ordinateur (m\u00eame simple) du d\u00e9but \u00e0 la fin, \u00e0 partir des transistors jusqu’au processeur. Malgr\u00e9 mes 32 ann\u00e9es \u00e0 en dessiner les parties, je n\u2019avais jamais fait l\u2019exercice complet, de bout en bout ! De plus, le projet n\u2019\u00e9tait pas seulement de dessiner un ordinateur complet et fonctionnel mais de le faire dans l\u2019optique d\u2019une mise en place d\u2019exercices (vpl) pour que des \u00e9tudiants puissent le faire, eux-aussi. L\u00e0 encore, des questions restaient \u00e0 r\u00e9soudre, comment d\u00e9couper certaines \u00e9tapes qui semblaient trop complexes et trop vastes pour en faire des exercices r\u00e9alisables. \u00c0 vrai dire, en amphi ou en td, certaines de ces \u00e9tapes sont faites ou m\u00eame seulement parfois expos\u00e9es par l\u2019enseignant uniquement, apport\u00e9es toutes faites comme abouties et \u00e0 observer seulement, \u00e0 comprendre tout au plus et non pas \u00e0 refaire ou \u00e0 d\u00e9couvrir comme dans un exercice. Parmi ces \u00e9tapes qui ne correspondaient pas usuellement \u00e0 des exercices, quelles productions demander \u00e0 l\u2019\u00e9tudiant, comment \u00e9valuer cette production, comment la faire entrer dans le cadre usuel des \u00e9valuations avec caseine (de type test fonctionnel boite-noire).<\/span><\/span><\/p>\n

essentiellement, cependant, tout \u00e9tait l\u00e0, automates et circuits \u00e0 flots de donn\u00e9es, pour la partie haute, transistors pour la partie basse ; avec un peu de m\u00e9thode et de r\u00e9flexion, faire un ordinateur complet \u00e9tait possible. Et effectivement, en moins de 15 jours, le dessin d\u2019une architecture PC-PO, puis d\u2019une architecture de von Neumann a pris place, et dans les derniers jours un langage machine simple a \u00e9t\u00e9 d\u00e9fini et interpr\u00e9t\u00e9 par un circuit. Pour finir, la semaine suivante, les parties manquantes, les portes logiques et les m\u00e9moires ont \u00e9t\u00e9 mises en place. Et en plus cela marchait. Des programmes simples en langage machine pouvaient \u00eatre d\u00e9finis et ex\u00e9cut\u00e9s. Le tout sous forme d\u2019exercices, cernant \u00e0 chaque \u00e9tape l\u2019avanc\u00e9e fonctionnelle r\u00e9alis\u00e9e et proposant un exercice associ\u00e9. Par exemple, pour la mise en place d\u2019une architecture PC-PO en supposant que le travail sur les automates avait d\u00e9j\u00e0 eu lieu et qu\u2019une PO g\u00e9n\u00e9rique \u00e9tait issue du travail sur les circuits \u00e0 flots de donn\u00e9es, l\u2019exercice de r\u00e9alisation d\u2019un circuit de calcul du pgcd \u00e9tait propos\u00e9 en demandant que sa r\u00e9alisation soit effectu\u00e9e en utilisant une PO g\u00e9n\u00e9rique (fournie) et en d\u00e9finissant et dessinant la PC adapt\u00e9e. \u00c0 travers le test du pgcd, c\u2019est cette association et la PC qui est test\u00e9e et valid\u00e9e. \"\"<\/a><\/span><\/span><\/p>\n

ainsi, j\u2019ai r\u00e9alis\u00e9, moi-m\u00eame, pour la premi\u00e8re fois un ordinateur complet (turing-complet) et fonctionnel sous forme d\u2019exercices qui permettront, je l\u2019esp\u00e8re, aux \u00e9tudiants de finir leur scolarit\u00e9 en pouvant dire qu\u2019ils sont capable de faire, eux-m\u00eames aussi, un ordinateur complet qui tourne ; en tout cas, ils auront fait toutes les \u00e9tapes, du transistor jusqu\u2019\u00e0 l\u2019ordinateur :
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